Реализация любого цифрового узла любой сложности, огр. только ресурсами ИС.
Соврем. ПЛИС позволяют реализовывать от 100000 до 10 млн. настраиваемых логич. аппаратных блоков, причём каждый блок может содержать в себе порядка десятка триггеров и доп. Ресурсов по реализации логич. ф-ций.
Проектирование систем на кристалле. Ip-компоненты
Разработка систем на кристалле:
Для функционирования системы программное обеспечение не менее важно, чем аппаратное. Разработка, как правило, ведётся параллельно. Аппаратная часть собирается из стандартных отлаженных блоков, для сборки программной части используются готовые драйверы. Применяются средства автоматизации разработки CAD и интегрированные программные оболочки.
Для того чтобы удостовериться в правильной работе созданной комбинации блоков, драйверы и программу загружают в эмулятор аппаратной части (микросхему с программируемыми цепями, FPGA). Также требуется задать расположение блоков и разработать межблочные связи.
Перед сдачей в производство аппаратная часть тестируется на корректность с использованием языков Verilog и VHDL, а для более сложных схем — SystemVerilog,SystemC, e и OpenVera. До 70 % общих усилий на разработку затрачивается именно на этом этапе.
Системы-на-кристалле потребляют меньше энергии, стоят дешевле и работают надёжнее, чем наборы микросхем с той же функциональностью. Меньшее количество корпусов упрощает монтаж. Тем не менее, создание одной большой и сложной системы на кристалле оказывается более дорогим процессом, чем серии из маленьких, из-за сложности разработки и отладки и снижения процента выхода годных изделий.
HDL (Hardware Description Language) – языки описания аппаратуры.
Созданное HDL описание MC (MP) наз. IP-компонентой. IP-компонента, реализованая на ПЛИС, и есть Soft-P.
IP-компоненты (изначально включающие в себя функциональные устройства средней сложности, как-то: регистры, ОЗУ, сумматоры, мультиплексоры и т.д.), введение IP-компонент, содержащих в своем составе процессор (CPU - Central Processor Unit). Более того, появились реконфигурируемые CPU - ARC, Tensilica и др. В них пользователь может модифицировать и/или расширить имеющуюся систему команд для решения собственной прикладной задачи.
Появились также IP-компоненты, включающие так называемые интегрированные RISC+DSP процессоры (2 процессора на одном кристалле - DSP-процессор для встроенной цифровой обработки сигналов и RISC-процессор для управления всеми остальными процессами на чипе).
Типы вычислительных ядер. Эксплуатационная и проектная гибкость
С т. зр. типов выч. ядер во ВС могут применяться след. подходы:
Ядро м. б. построено на микроконтроллере (MC)
На микропроцессоре (MP)
На soft-процессоре (Soft-P)
На встроенном процессоре (E-P)
На заказном ASIC
MC: Выполнен на одной ИС. MC имеет усеч. набор инструкций, не имеет (как правило) встроенной или кэш-памяти, реал-ся как RISC-машина, конвейер с 2 ступ. Осн. задача MC – не реализация вычислений, а управление периферией или др. у-вами. С внешним миром MC связан System Bus и Peripheral Bus.
MP: Это выч. ядро выполняется готовой ИС либо как часть ИС и вкл. в себя CPU с расширенным набором команд/инструкций, CISC-арх-рой. Может решать абс. любые задачи с равной степенью одинак. вычислит. мощности. Имеет кэш-память исполняемой инструкции и обрабатываемых данных. Процессор имеет связь с внешним миром посредством SB, если необх. связь с ПУ, то необх. периферийные контроллеры.
Soft-P: ПЛИС (Программируемые Логические ИС) – такие цифровые у-ва, к-рые позволяют динамически реконфигурировать их аппаратную стр-ру.
Преимущества:
Реализация любого цифрового узла любой сложности, огр. только ресурсами ИС.
Соврем. ПЛИС позволяют реализовывать от 100000 до 10 млн. настраиваемых логич. аппаратных блоков, причём каждый блок может содержать в себе порядка десятка триггеров и доп. Ресурсов по реализации логич. ф-ций.
HDL (Hardware Description Language) – языки описания аппаратуры.
Созданное HDL описание MC (MP) наз. IP-компонентой. IP-компонента, реализованая на ПЛИС, и есть Soft-P.
+: остаётся много свободного места
Embedded-P: Процессор полностью встраивается в ПЛИС. Преимущества: быстродействие по сравнению с Soft-P.
ASIC: Заказная СБИС (СверхБольшая ИС) – воплощение в аппаратуре нек-рых вычислит. либо управленческих алг-мов. Цель: добиться макс. быстродействия.
СРАВН. ХАР-КИ ВАР-ТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫЧ-ЛЕЙ
